“Al cocinar la receta de la vida, uno no puede llegar y cambiar la margarina por mantequilla. O eso era lo que los científicos pensaban”

Esta frase, con la que arranca el artículo de la revista Wired sobre el tema, resume muy bien los alcances del descubrimiento, en un año movidísimo para la biología (recordemos que hace menos de un año que otro team de científicos nos sorpendió con Synthia, el primer microorganismo sintético). El reporte oficial de la NASA señala lo siguiente (la traducción es nuestra):

Una investigación financiada por la NASA descubre vida construida con un químico tóxico

Una investigación astro biológica financiada por la nasa ha cambiado de forma fundamental el conocimiento acerca de las características de la vida conocida en la tierra.

Los investigadores descubrieron el primer microorganismo conocido en la tierra capaz de vivir y reproducirse usando el arsénico, un químico tóxico, mientras conducían pruebas en el medio hostil del Lago Mono en California. El microorganismo reemplaza el fósforo por arsénico en sus componentes celulares.

“La definición de la vida acaba de expandirse” señaló Ed Weiler, administrador asociado del directorio de misión científica de la nasa, en los cuarteles de Washington. “Cuando nos esforcemos en buscar signos de vida en el sistema solar, tendremos que pensar de manera más amplia, más diversa, y considerar la vida tal como no la conocemos.”

El hallazgo de una constitución bioquímica alternativa va a cambiar los textos de biología y va a expandir el alcance de la búsqueda de vida más allá de la tierra. La investigación se publicó en la edición de la semana de la revista Science Express.

Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, Oxígeno, Fósforo y Sulfuro son los seis componentes fundamentales de todas las formas de vida conocidas en la tierra. El fósforo es parte de el armazón del ADN y el ARN, las estructuras portadoras de las instrucciones genéticas para la vida, y es considerado un elemento esencial para todas las células vivas.

El fósforo es un componente central de la molécula portadora de energía en todas las células (el adenosin trifosfato, ATP) y también de los fosfolípidos, que forman todas las membranas celulares. El arsénico, que es químicamente similar al fósforo, es venenoso para casi toda la vida en la tierra. El arsénico interrumpe las vías metabólicas porque químicamente se comporta de manera similar al fosfato.

“Sabemos que algunos microbios pueden respirar arsénico, pero lo que hemos encontrado es un microbio que hace algo nuevo -construye partes de sí mismo en base a arsénico” señaló Felisa Wolfe-Simon, una investigadora de la NASA en astrobiología residente en el centro de investigación geológica en Menlo Park, California, y líder del equipo de investigadores. “Si algo aquí en la tierra puede hacer algo así de inesperado, que más puede hacer la vida que no hemos visto aun?”

El microbio recientemente descubierto, la cepa GFAJ-1, es un miembro de un grupo común de bacterias, las Gammaproteobacteria. en el laboratorio, los investigadores cultivaron exitosamente microbios del lago con una dieta escasa en fósforo, pero que incluía generosas cantidades de arsénico. Cuando los investigadores quitaron el fósforo y lo reemplazaron con arsénico, los microbios siguieron creciendo. Los análisis subsiguientes determinaron que el arsénico estaba siendo usado para producir los ladrillos de nuevas células GFAJ-1.

El asunto clave investigado por los científicos era si el arsénico se incorporaba realmente en la maquinaria bioquímica vital de los organismos, tales como el ADN, proteínas y membranas celulares. Una gran variedad de técnicas sofisticadas de laboratorio fueron usadas para determinar si el arsénico había sido incorporado.

El equipo eligió explorar el lago Mono debido a su química inusual, especialmente por su salinidad, alta alcalinidad, y altos niveles de arsénico. Esta química se debe en parte al aislamiento del lago de sus fuentes de agua fresca durante 50 años.

Los resultados de este estudio informarán la investigación actual en muchas áreas, incluyendo el estudio de la evolución de la tierra, la química orgánica, los ciclos geobioquímicos, el combate contra las enfermedades y la investigación de sistemas en la tierra. Estos hallazgos también abrirán nuevas fronteras en la microbiología y otras áreas de investigación.

“La idea de la existencia de alternativas para la vida es común en la ciencia-ficción” señaló Carl Pilcher, director del Instituto de Astrobiologia de la NASA. “Hasta ahora que use arsénico como material de construcción era sólo teórica, pero ahora sabemos que tal forma de vida existe en el lago Mono”.

El equipo de investigación incluyó científicos del U.S. Geological Survey, Arizona State University en Tempe, Arizona; el Lawrence Livermore National Laboratory en Livermore, California; la Duquesne University en Pittsburgh, Pennsylvania., y el Stanford Synchroton Radiation Lightsource in Menlo Park, California.

El programa de Astrobiología en Washington contribuyó con el financiamiento a través de sus programas de Exobiologia y Biología Evolutiva, y el Insitituto de Astrobiología de la NASA. El programa de Astrobiología de la NASA apoya la investigación en el origen, evolución, distribución y el futuro de la vida en la tierra.

Fuente: http://www.nasa.gov/topics/universe/features/astrobiology_toxic_chemical.html

Las reacciones a la noticia cubren todos los espectros, desde la decepción hasta la euforia.Les dejamos una breve lista de links:

Nuestra gran amiga, Carmen Gloria Jiménez (conocida en las redes sociales como Karmelita), a quien tuvimos el privilegio de entrevistar en el episodio 23 de nuestro podcast (uno de nuestros mejores episodios ever) compartió con nsotros la siguiente reflexión, les dejamos el texto íntegro:

Todos estamos muy entusiasmados con lo de la bacteria de Mono Lake, pero vamos a hacer un pequeño análisis tecnico y sensato del asunto, antes de ponernos a analizar sus implicaciones (que son las verdaderamente alucinantes por decirlo asi).

Veamos, todos los seres vivos dependemos de 6 elementos básicos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo. Algunos elementos adicionales son también necesarios pero tan sólo en pequeñas cantidades (se les llama oligoelementos), como el calcio, hierro, zinc, cobre, magnesio o manganeso (básicamente, lo que contienen los complementos nutritivos minerales, que tanto se venden ahora en las farmacias). En algunos casos se ha visto que es posible sustituir un oligoelemento por otro, pero el intercambio de algunos de los “seis grandes” se consideraba improbable.

El arsénico (As) es un elemento químico relativamente parecido al fósforo y  ambos ocupan posiciones contiguas en la tabla periódica. Ambos tienen un radio atómico y una electronegatividad similar, por lo que su comportamiento químico también es parecido, por decirlo asi . En particular, la forma más abundante del P en los seres vivos, el fosfato (PO4 3-), se comporta de manera muy parecida al arseniato (AsO4 3-) que es en cuestión lo que la bacteria posee. Precisamente en esta similitud química se basa la toxicidad del arseniato, el cual puede incorporarse en muchos procesos biológicos dado que no es distinguible del fosfato, pero las pequeñas diferencias químicas entre uno y otro hacen que muchos procesos biológicos acaben siendo inhibidos, dado que los compuestos de arseniato son mucho menos estables que los correspondientes compuestos de fosfato.

En el trabajo publicado por Felisa Wolfe-Simon y colaboradores (la chiquilla crespita que salió ayer en la conferencia de NASA TV y que estaba sentada al lado derecho de la pantalla) se describe la existencia de una bacteria procedente del lago Mono de California, cuyas aguas contienen altos niveles de arsénico. Ellos dijeron que esta bacteria, denominada cepa GFAJ1, contiene además, elevadas cantidades de este elemento y lo mas importante, en el articulo (que habia que pagar para bajar, asi que no lo hice … sorry !) aparece un diagrama con una curva de crecimiento (fig 1a) que grafíca 3 experimentos en los que la bacteria se incuba en un medio sintético; con fósforo 1.5 mM (crece bien), con arsénico 40mM (crece un orden de magnitud menos que con P) y sin fósforo ni arsénico (no crece). Ahora lo realmente “novedoso” por decirlo asi,  es que si al medio carente de los dos elementos  se le sumisitra solo arsénico, la bacteria es capaz de crecer, aunque 10 veces menos que en presencia de fósforo.

Utilizando otras técnicas, estos investigadores demuestran también  que el arsénico está presente y es abundante en las principales moléculas orgánicas de las bacteria: DNA, proteínas y lípidos. A partir de estos datos, ellos concluyen que la cepa GFAJ1 está utilizando arsénico en todas aquellas moléculas en las que normalmente se emplea fosfato, como el ATP o el NADPH. … oooohhhh !!

Si es así, esto nos mueve el piso … no obstante, hay que analizar como se Operacionaliza en la naturaleza esto, osea habrá que ver si realmente las células emplean tri arseniato de adenosina en vez de su equivalente (tri fosfato de adenosina, el ATP pu, la “moneda energética de la vida”) y si este compuesto es realmente capaz de cumplir su papel esencial en el metabolismo energético.

Además, no hay aún información si se está dando la situación de que los compuestos se encuentren unidos a arsénico pero que de todas formas la célula esté empleando el fósforo para sus reacciones bioquímicas, y habría que ver es que la alta concentración de arsénico activa un transportador de fosfato que le esté permitiendo a la bacteria ” asimilar de forma super eficiente” pequeñas cantidades de este elemento … hay que hacer mas estudios …

Igual, el hecho de que la vida no esté retringida por componentes, sino que exista una conmutabilidad y que lo que se mantenga sea una manera de hacer las cosas (en buenas cuentas, un algoritmo) es decir INFORMACION, códigos, instrucciones, por sobre de que están hechas estas instrucciones, presenta un salto que significaría abrirnos a concepciones totalmente distintas de que entendemos por vida y a qué mecanismos tendríamos que recurir para identificar un orden auto organizado de información, que repita patrones que nos permitan decir que algo está “vivo” … y si esa búsqueda es en contextos extraterrestres lejanos a nuestras condiciones de habitabilidad terrestres, la cosa se pone aún mas complicada …

Una atmosfera de un planeta extra solar puede presentar una bio signature … ¿ que vamos a entender como bio signature ahora, si los procesos metabolicos son diferentes, si los “organismos” son diferentes? … como voy a reconocer esas biosignature de organismos totalmente distintos?

Si hay una “conmutabilidad algoritmica de la vida”, ¿cuantas “estructuras informacionales” (a las que llamamos vida, atribuyéndole propiedades ontológicas bioquimicas que quizá sean hasta ilusiorias) puede el universo estar desarrollando en contextos diversos?? que es entonces “la vida” ?… que es !! ? como la identificamos ? que tan diferente podemos esperar que sea en contextos extraterrestres? cuáles son los límites de la plasticidad de la vida?

Vamos a empezar a contestar estas preguntas poco a poco, pero ahora con una nueva perspectiva.

Eso esperamos no?